CARL-Bot Belajar Mengendarai Cincin Pusaran Bawah Air untuk Penggerak yang Efisien

Andrew Corselli

Para peneliti telah mengajarkan CARL-Bot untuk memposisikan dirinya sedemikian rupa sehingga dapat mengikuti pusaran cincin bawah air daripada melawan turbulensi. (Gambar:Gunnarson/Dabiri/Caltech)

Para ilmuwan Caltech yang dipimpin oleh John Dabiri (PhD '05), Profesor Aeronautika dan Teknik Mesin yang berusia seratus tahun, telah memanfaatkan kemampuan alami ubur-ubur untuk melintasi dan menyelami lautan, melengkapi mereka dengan perangkat elektronik dan "topi" prostetik yang dapat digunakan oleh makhluk tersebut untuk membawa muatan kecil dalam perjalanan bahari dan melaporkan temuan mereka kembali ke permukaan. Ubur-ubur bionik ini harus menghadapi pasang surut arus yang mereka temui, namun makhluk bodoh ini tidak mengambil keputusan tentang cara terbaik untuk menavigasi ke suatu tujuan, dan begitu mereka dikerahkan, mereka tidak dapat dikendalikan dari jarak jauh.

“Kami tahu bahwa ubur-ubur yang diperbesar bisa menjadi penjelajah laut yang hebat, tapi mereka tidak punya otak,” kata Dabiri. "Jadi, salah satu hal yang sedang kami kerjakan adalah mengembangkan seperti apa otak itu jika kita mengilhami sistem ini dengan kemampuan mengambil keputusan di bawah air."

Sekarang Dabiri dan mantan mahasiswa pascasarjananya Peter Gunnarson (PhD '24), yang sekarang berada di Brown University, telah menemukan cara untuk menyederhanakan proses pengambilan keputusan dan membantu robot, atau mungkin ubur-ubur yang diperbesar, mengikuti pusaran turbulen yang diciptakan oleh arus laut daripada melawannya. Para peneliti baru-baru ini mempublikasikan temuan mereka di jurnal PNAS Nexus .

Untuk pekerjaan ini, Gunnarson kembali ke teman lamanya di lab:CARL-Bot (Caltech Autonomous Reinforcement Learning roBot). Gunnarson membangun CARL-Bot bertahun-tahun yang lalu sebagai bagian dari karyanya untuk mulai menggabungkan kecerdasan buatan ke dalam teknik navigasi bot tersebut. Namun Gunnarson baru-baru ini menemukan cara yang lebih sederhana daripada AI agar sistem seperti itu dapat mengambil keputusan di bawah air.

"Kami sedang memikirkan cara-cara agar kendaraan bawah air dapat menggunakan arus air yang bergolak sebagai tenaga penggerak dan bertanya-tanya apakah, alih-alih menjadi masalah, hal ini dapat menjadi keuntungan bagi kendaraan yang lebih kecil," kata Gunnarson.

Gunnarson ingin memahami dengan tepat bagaimana arus mendorong robot. Dia memasang pendorong ke dinding tangki sepanjang 16 kaki di laboratorium Dabiri di Guggenheim Aeronautical Laboratory di kampus Caltech untuk berulang kali menghasilkan apa yang disebut cincin pusaran – yang pada dasarnya setara dengan cincin asap di bawah air. Cincin pusaran adalah representasi yang baik dari jenis gangguan yang akan ditemui penjelajah bawah air dalam kekacauan aliran fluida lautan.

Gunnarson mulai menggunakan akselerometer tunggal CARL-Bot untuk mengukur bagaimana ia bergerak dan didorong oleh cincin pusaran. Dia memperhatikan bahwa sesekali, robot itu akan terjebak dalam lingkaran pusaran dan didorong melintasi tangki. Ia dan rekan-rekannya mulai bertanya-tanya apakah efek tersebut bisa dilakukan dengan sengaja.

Untuk mengeksplorasi hal ini, tim mengembangkan perintah sederhana untuk membantu CARL mendeteksi lokasi relatif cincin pusaran dan kemudian memposisikan dirinya, dalam kata-kata Gunnarson, "naik dan naik kendaraan secara gratis melintasi tangki." Alternatifnya, bot dapat memutuskan untuk keluar dari lingkaran pusaran yang tidak ingin didorong olehnya.

Berikut adalah Ringkasan Teknologi eksklusif wawancara, diedit agar panjang dan jelas, dengan Gunnarson.

Ringkasan Teknologi :Apa tantangan teknis terbesar yang Anda hadapi saat mengajari CARL-Bot untuk memposisikan dirinya?

Gunnarson :Hal rumit tentang masalah semacam ini adalah bahwa hal ini melibatkan penginderaan dan pengambilan keputusan. Jadi, agar robot ini dapat memanfaatkan arus yang kita hasilkan di dalam tangki, ia harus mengetahui bahwa ada arus tersebut dan kemudian memutuskan apa yang harus dilakukan ketika ia dapat merasakannya. Jadi, menurut saya bagian tersulitnya adalah mencari tahu jenis sinyal apa yang dapat dirasakan robot dan apa yang dapat dilakukannya sebagai respons terhadap sinyal spesifik tersebut. Agak beruntung saya mengetahui bahwa Anda dapat berenang ke arah tertentu jika Anda merasakan sinyal tertentu, dan itu memungkinkan robot memanfaatkan arus di sekitarnya untuk penggerak.

Ringkasan Teknologi :Bisakah Anda menjelaskan secara sederhana cara mendeteksi cincin pusaran dan juga cara memutuskan apakah akan bertahan atau tidak?

Gunnarson :Pertama-tama, menurut saya cincin pusaran adalah analog eksperimental dari banyak turbulensi yang mungkin Anda temukan di lautan dan di atmosfer. Ini adalah versi yang sangat dapat diulang yang dapat kita gunakan di lab. Ini pada dasarnya seperti cincin asap; apa yang dilakukannya adalah menggunakan akselerometer yang ada di robot, sehingga robot dapat merasakan bahwa ia didorong hampir membentuk lingkaran kecil oleh struktur vertikal yang datang. Jadi, jika Anda bayangkan ada tornado yang lewat, Anda melihat benda-benda terangkat dan berputar olehnya. Itu ide yang mirip dengan itu. Jadi, setelah ia menyadari bahwa ia sedang diputar atau didorong oleh cincin pusaran ini, itu memberikan informasi yang cukup untuk mengetahui, oke, cincin pusaran itu ada di arah ini.

Jadi, jika robot ingin mengejar kendaraan karena menuju ke arah yang benar, ia dapat memutuskan, 'Ayo berenang menuju tornado cairan ini.' Namun demikian pula, jika struktur ini mengarah ke arah yang salah, robot dapat memutuskan, 'Oh, saya ingin berenang ke arah yang berlawanan agar tidak terjebak di dalamnya.' Pengambilan keputusan seperti inilah yang akan Anda terapkan pada kendaraan masa depan yang diharapkan akan memutuskan untuk melaju mengikuti arus atau menghindarinya, tergantung ke mana Anda ingin kendaraan tersebut pergi.

Ringkasan Teknologi :Apakah ada hal lain yang ingin Anda tambahkan namun belum saya bahas?

Gunnarson :Ini adalah bidang penelitian yang menarik karena para insinyur biasanya melihat kendaraan tradisional seperti pesawat terbang dan bersemangat untuk meningkatkan efisiensi sebesar 1 persen. Namun, ketika kita berbicara tentang kendaraan otonom yang lebih kecil ini, potensi keuntungan yang bisa Anda peroleh dengan berinteraksi secara lebih cerdas dengan arus dan hembusan angin bisa sangat besar. Jadi, menurut saya, ini adalah bidang penelitian baru yang didorong oleh sistem otonom kecil yang menurut saya akan memberikan keuntungan besar di masa depan.

Transkrip

Transkrip tidak tersedia untuk video ini.